JP3191209B2 - Electrostatic breakdown prevention device - Google Patents

Electrostatic breakdown prevention device

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JP3191209B2
JP3191209B2 JP31802297A JP31802297A JP3191209B2 JP 3191209 B2 JP3191209 B2 JP 3191209B2 JP 31802297 A JP31802297 A JP 31802297A JP 31802297 A JP31802297 A JP 31802297A JP 3191209 B2 JP3191209 B2 JP 3191209B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置に係り、
特に静電気(ESD)から内部回路を保護することがで
きる静電破壊防止装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
In particular, the present invention relates to an electrostatic discharge prevention device capable of protecting an internal circuit from static electricity (ESD).

【0002】[0002]

【従来の技術】チップサイズの減少とともに静電気保護
回路のサイズも減少する。特に超高集積素子や超高速素
子は、静電気保護回路の接合付近で発生する静電容量が
RC遅延の主要な原因となってきた。従って、接合面積
をより減少させなければならないという課題を抱えるこ
とになった。しかし、既存の寄生バイポーラトランジス
タ(一般にフィールドトランジスタを用いる)を用いて
静電気保護回路を形成させる場合、接合静電容量を減少
させかつ静電気保護の性能をそのまま維持するのには限
界があった。なお、上記中フィールドトランジスタと
は、フィールド絶縁層の正面にゲートが形成され、基板
のその両隣に不純物領域を形成させたトランジスタであ
る。したがって、通常のFETとは異なり、ゲート酸化
膜が厚いためにしきい値電圧が高くなる。通常、サイリ
スタは、バイポーラトランジスタより単位面積当たり2
倍以上の電流排出能力があるために、小さい接合面積で
もバイポーラトランジスタを使用した時より効率的に静
電気保護を実現することができる。このようなサイリス
タ(SCR)を用いた静電気保護回路が、米国特許
(U.S.P4,896,243)に記述されている。
2. Description of the Related Art As the chip size decreases, the size of an electrostatic protection circuit also decreases. In particular, in ultra-high-integration devices and ultra-high-speed devices, the capacitance generated near the junction of the electrostatic protection circuit has been a major cause of RC delay. Therefore, there is a problem that the joining area must be further reduced. However, when an electrostatic protection circuit is formed using an existing parasitic bipolar transistor (generally using a field transistor), there is a limit in reducing the junction capacitance and maintaining the performance of the electrostatic protection as it is. The middle field transistor is a transistor in which a gate is formed in front of a field insulating layer and impurity regions are formed on both sides of a substrate. Therefore, unlike a normal FET, the threshold voltage is increased due to the thick gate oxide film. Typically, thyristors are 2 per unit area more than bipolar transistors.
Since the current discharging capacity is twice or more, even if the junction area is small, the protection against static electricity can be realized more efficiently than when the bipolar transistor is used. An electrostatic protection circuit using such a thyristor (SCR) is described in U.S. Pat. No. 4,896,243.

【0003】一般的な静電破壊防止装置は、図1に示す
ように、ウェルの耐圧を用いて静電気保護回路を形成し
ている。P形基板1内の所定領域に低濃度の不純物が注
入されたNウェル2を形成し、Nウェル2内にそれぞれ
高濃度の第1N+ 不純物領域3と第1P+ 不純物領域4
を形成する。そして、Nウェル2以外のP形基板1内の
所定領域に第2N+ 不純物領域3aと第2P+ 不純物領
域4aを形成する。この静電破壊防止装置を等価回路に
して示すと、図2の通りである。
As shown in FIG. 1, a general electrostatic breakdown prevention device forms an electrostatic protection circuit by using the withstand voltage of a well. An N well 2 in which a low concentration impurity is implanted is formed in a predetermined region in a P-type substrate 1, and a high concentration first N + impurity region 3 and a first P + impurity region 4 are respectively formed in the N well 2.
To form Then, a second N + impurity region 3a and a second P + impurity region 4a are formed in predetermined regions in the P-type substrate 1 other than the N well 2. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the electrostatic discharge protection device.

【0004】即ち、図1のNウェル2は図2の第1N層
22に該当する。そして、図1の第1P+ 不純物領域4
はNウェル2内に不純物拡散によって形成され、これは
図2の第1P層24に該当する。従って、第1N層22
と第1P層24によってPN接合がなされる。そして、
第1P層24はパッドPADに連結される。また、図1
の第2N+ 不純物領域3aは、図2の第2N層23に該
当する。したがって、図1のP形基板1とともにPN接
合を成す。そして、第2N+ 不純物領域3aと第2P+
不純物領域4aはグラウンドまたはVssに連結される。
That is, the N well 2 in FIG. 1 corresponds to the first N layer 22 in FIG. Then, the first P + impurity region 4 of FIG.
Is formed in the N well 2 by impurity diffusion, and corresponds to the first P layer 24 in FIG. Therefore, the first N layer 22
And the first P layer 24 form a PN junction. And
The first P layer 24 is connected to the pad PAD. FIG.
The second N + impurity region 3a corresponds to the second N layer 23 in FIG. Therefore, a PN junction is formed with the P-type substrate 1 of FIG. Then, the second N + impurity region 3a and the second P +
Impurity region 4a is connected to ground or Vss.

【0005】このような静電破壊防止装置では、図1に
示すように、パッドに静電気が印加されると、Nウェル
2でブレークダウンが発生してキャリアがP形基板1に
注入され、注入されたキャリアがP形基板1の第2N+
不純物領域3aとの接合に流入してNPNバイポーラト
ランジスタが動作し、最終的にPNPN経路が形成され
て、静電気によって印加されたキャリアが抜け出す。
In such a device for preventing electrostatic breakdown, as shown in FIG. 1, when static electricity is applied to a pad, a breakdown occurs in the N well 2 and carriers are injected into the P-type substrate 1. Carrier is the second N + of the P-type substrate 1
The NPN bipolar transistor operates by flowing into the junction with the impurity region 3a, finally forming a PNPN path, and the carriers applied by the static electricity escape.

【0006】しかし、このようにウェルの耐圧を用いた
サイリスタの場合、トリガ電圧が30〜50V程度とた
いへん高いために、静電気保護素子それ自体は別に問題
が無いが、内部回路のゲート絶縁膜や接合部などが破壊
される現象が生じる。従って、サイリスタのトリガ電圧
を低くするためウェルの耐圧を用いる代わりに、接合の
耐圧を用いる方法が試みられた。図3は接合の耐圧を用
いた静電破壊防止装置を示す図面である。図3に示すよ
うに接合の耐圧を用いた静電破壊防止装置は、接合の耐
圧がおおよそ10〜15V程度に低くなる。しかし、ゲ
ート絶縁膜の厚さが100Å以下の場合には、ゲート絶
縁膜の破壊電圧が約12V程度であるので、接合の耐圧
とゲート絶縁膜の破壊電圧がほとんど同一である。従っ
て、静電気によるゲート絶縁膜の特性がかなり劣化す
る。特に、256MDRAM以上の超高集積素子のゲー
ト絶縁膜の厚さは非常に薄いため、このようなゲート絶
縁膜の特性が劣化する問題点は一層深刻である。従っ
て、このような問題を改善するために、サイリスタを用
いて静電気保護素子を形成させ、かつ別の同期回路を構
成して静電気印加時にホットキャリアを発生させて、こ
れを用いてサイリスタのトリガ電圧を低くする方法が試
みられた。
However, in the case of the thyristor using the withstand voltage of the well as described above, the trigger voltage is as high as about 30 to 50 V. Therefore, there is no problem with the electrostatic protection element itself. The phenomenon that a joint part etc. is destroyed arises. Therefore, instead of using the breakdown voltage of the well to lower the trigger voltage of the thyristor, a method using the breakdown voltage of the junction has been attempted. FIG. 3 is a drawing showing an electrostatic breakdown prevention device using the withstand voltage of the junction. As shown in FIG. 3, in the electrostatic breakdown prevention device using the withstand voltage of the junction, the withstand voltage of the junction is reduced to about 10 to 15 V. However, when the thickness of the gate insulating film is 100 ° or less, the breakdown voltage of the gate insulating film is about 12 V, so that the junction breakdown voltage and the breakdown voltage of the gate insulating film are almost the same. Therefore, the characteristics of the gate insulating film due to static electricity are considerably deteriorated. In particular, since the thickness of the gate insulating film of an ultra-highly integrated device of 256 MDRAM or more is very thin, the problem that the characteristics of such a gate insulating film deteriorates is more serious. Therefore, in order to solve such a problem, a thyristor is used to form an electrostatic protection element, and another synchronous circuit is formed to generate hot carriers at the time of applying static electricity. Attempts have been made to lower this.

【0007】このようなサイリスタ及びホットキャリア
発生回路を用いた静電破壊防止装置を図4に示した。V
ssに対するVccの正(+)極性ストレスに対する初期静
電気保護回路はNPN,PNPを用いて形成したバイポ
ーラトランジスタQ1とQ2からなるSCR構造によっ
て与えられる。N−ウェルとP−ウェルの抵抗は図4に
示すようにそれぞれRNW,RPNで表れる。SCRは、N
MOSトランジスタM1で生成されたホットキャリアの
トランジスタQ1のベースの注入によって低インピーダ
ンス状態にトリガされる。トランジスタM2〜M5はS
CRのトリガを制御し、ESDが発生している間だけホ
ットキャリアを生成させるようにする回路である。トラ
ンジスタM2はキャパシタとして働き、トランジスタM
1のゲートにVcc電源を供給する。トランジスタM1の
ゲートは、トランジスタM5のターンオンによってオン
するトランジスタM3を介してVssに接続される。トラ
ンジスタM2とM3はESDが発生している間にNMO
S FETのVt より大きいゲート電圧Vgateが確実に
得られるようにするのに利用される。
FIG. 4 shows an electrostatic discharge prevention device using such a thyristor and a hot carrier generation circuit. V
The initial electrostatic protection circuit against the positive (+) polarity stress of Vcc with respect to ss is provided by an SCR structure comprising bipolar transistors Q1 and Q2 formed using NPN and PNP. The resistances of the N-well and P-well are represented by R NW and R PN , respectively, as shown in FIG. SCR is N
The injection of the hot carriers generated by the MOS transistor M1 into the base of the transistor Q1 triggers a low impedance state. The transistors M2 to M5 are S
This circuit controls the CR trigger and generates hot carriers only during the occurrence of ESD. Transistor M2 acts as a capacitor and transistor M2
Vcc power is supplied to one gate. The gate of the transistor M1 is connected to Vss via the transistor M3 which is turned on when the transistor M5 is turned on. Transistors M2 and M3 are connected to NMO during an ESD event.
It is used to ensure that a gate voltage Vgate greater than Vt of the SFET is obtained.

【0008】このようなホットキャリア発生回路を用い
た静電破壊防止回路の正常動作時には、トランジスタM
3がトランジスタM1のゲート電圧をVssに保持し、S
CRのトリガを防止する。そして、トランジスタM4は
トランジスタM2のゲート酸化膜を横切る電圧を制限す
るためのESDクランプとして動作する。
During normal operation of the electrostatic discharge protection circuit using such a hot carrier generation circuit, the transistor M
3 holds the gate voltage of the transistor M1 at V ss and S
Prevent CR trigger. Then, the transistor M4 operates as an ESD clamp for limiting a voltage across the gate oxide film of the transistor M2.

【0009】しかし、従来のホットキャリアを用いた静
電破壊防止方法は、次のような問題点があった。接合の
耐圧を用いる場合においては、ゲート絶縁膜の厚さは超
高速素子になればなるほど薄くなり、これにより絶縁膜
の耐圧もこれに比例して低くなる。ところが、接合の耐
圧は低くならないので、接合の耐圧を用いて静電気を保
護するのはほとんど不可能である。ホットキャリアを用
いる場合においては、ホットキャリア発生による素子自
体の劣化によって、静電気が累積すると同期回路が動作
しなくなる。また、ホットキャリアを発生させるために
別途の等価回路を追加しなければならないので、構成が
複雑になる。
However, the conventional method of preventing electrostatic breakdown using a hot carrier has the following problems. In the case of using the withstand voltage of the junction, the thickness of the gate insulating film becomes thinner as the ultra-high-speed element is formed, so that the withstand voltage of the insulating film is reduced in proportion thereto. However, since the withstand voltage of the junction does not decrease, it is almost impossible to protect static electricity using the withstand voltage of the junction. When hot carriers are used, the synchronous circuit stops operating when static electricity accumulates due to deterioration of the element itself due to the generation of hot carriers. In addition, a separate equivalent circuit must be added to generate hot carriers, which complicates the configuration.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題点
を解決するためのもので、その目的はサイリスタのトリ
ガ電圧を低くするための別途の回路を追加せずに、ゲー
ト絶縁膜に損傷を与えずに静電気を保護することができ
る静電破壊防止装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and has as its object to add a separate circuit for lowering the trigger voltage of a thyristor without damaging a gate insulating film. An object of the present invention is to provide an electrostatic discharge protection device that can protect static electricity without giving it.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の静電破壊防止装置は、第1,第2不純物
領域を有し、第1導電型の半導体基板内に互いに一定の
間隔を置いて形成されたバイポーラトランジスタと、そ
れぞれが隔離膜を間においてその両側に形成された2つ
の不純物領域を有し、前記バイポーラトランジスタの両
側にそれぞれ形成させたフィールドトランジスタと、前
記各フィールドトランジスタの不純物領域のうちの一つ
に連結され、前記バイポーラトランジスタの第1不純物
領域と第2不純物領域との間の半導体基板上に形成され
るゲートラインと、前記フィールドトランジスタの不純
物領域のうち、ゲートラインに連結されていない不純物
領域及び前記バイポーラトランジスタの第1不純物領域
にコンタクトホールを通じて連結されたVssラインと、
前記バイポーラトランジスタの第2不純物領域上でコン
タクトホールを通じてそれらに連結され且つパッドに連
結される金属層とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an electrostatic discharge protection device according to the present invention has first and second impurity regions, and is fixed within a semiconductor substrate of a first conductivity type. A bipolar transistor formed at an interval of, a field transistor each having two impurity regions formed on both sides thereof with an isolation film therebetween, and formed on both sides of the bipolar transistor; A gate line connected to one of the impurity regions of the transistor and formed on the semiconductor substrate between the first impurity region and the second impurity region of the bipolar transistor; A contact hole is formed in the impurity region not connected to the gate line and the first impurity region of the bipolar transistor. And Vss line connected through,
A metal layer connected to the second impurity region of the bipolar transistor through a contact hole and connected to a pad.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
実施形態の静電破壊防止装置を説明する。図5は本実施
形態の静電破壊防止装置のレイアウト図であり、図6は
図5のI−I’線に沿った断面図で、図7は図5のII−
II’線に沿った断面図である。本実施形態は、第1導電
型の半導体基板31内に第1導電型の第1不純物領域3
2を間に挟んでその両側に第2導電型の第1不純物領域
33と第2不純物領域34とが形成されている。半導体
基板31にはさらに第2導電型のウェル35が形成され
ている。この第2導電型のウェル35は、第1導電型の
第1不純物領域32と第2導電型の第2不純物領域34
との全体を含んでおり、そして第2導電型の第1不純物
領域33に一部がかかっているように、これらの下側に
形成されている。半導体基板31の表面部には、第2導
電型の第1不純物領域33と一定の間隔をおいて、さら
に第2導電型の第3不純物領域36が形成されている。
これらの不純物領域は、図5に示すように細長い矩形状
に形成され、互いにほぼ並行に配置されている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of an electrostatic discharge protection device according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a layout diagram of the electrostatic discharge protection device of the present embodiment, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 5, and FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II ′. In the present embodiment, the first conductivity type first impurity region 3 is formed in the first conductivity type semiconductor substrate 31.
The first impurity region 33 and the second impurity region 34 of the second conductivity type are formed on both sides of the second impurity region 2. A second conductivity type well 35 is further formed in the semiconductor substrate 31. The well 35 of the second conductivity type includes a first impurity region 32 of the first conductivity type and a second impurity region 34 of the second conductivity type.
And is formed on the lower side of the first impurity region 33 of the second conductivity type so as to partially overlap the first impurity region 33. On the surface of the semiconductor substrate 31, a third impurity region 36 of the second conductivity type is further formed at a certain distance from the first impurity region 33 of the second conductivity type.
These impurity regions are formed in an elongated rectangular shape as shown in FIG. 5, and are arranged substantially in parallel with each other.

【0013】これらの平行に配置された不純物領域と直
角方向に少し離れた位置にこれらの不純物領域とは垂直
な方向に形成された第2導電型の第4、第5不純物領域
38,38aが形成されている。これらの不純物領域も
図示のようにそれぞれ矩形に間を離して形成され、それ
らの間に第1素子隔離膜37を介在させて配置されてい
る。そして、前記した第2導電型の第1、第2、第3不
純物領域を間に挟んで第4、第5不純物領域と対称的な
位置に第2導電型の第6、第7不純物領域39,39a
が配置されている。
Fourth and fifth impurity regions 38 and 38a of the second conductivity type formed in a direction perpendicular to these impurity regions at a position slightly perpendicular to the impurity regions arranged in parallel with each other. Is formed. These impurity regions are also formed in a rectangular shape as shown in the figure with a space between them, and are arranged with a first element isolation film 37 interposed therebetween. The sixth and seventh impurity regions 39 of the second conductivity type are symmetrically located with respect to the fourth and fifth impurity regions with the first, second, and third impurity regions of the second conductivity type interposed therebetween. , 39a
Is arranged.

【0014】図5において斜線を施した部分はいずれも
金属層である。第1金属層40は、第2導電型の第3,
第5,第7不純物領域36,38a,39aの上側に形
成され、それぞれコンタクトホールを通じてそれらに連
結されている。第2金属層41は、第2導電型の第4,
第6不純物領域38,39の上側に配置され、コンタク
トホールを通じてそれらに連結されている。図示のよう
に、この第2金属層41は図面上上下に分かれている。
これらを連結するようにゲートライン42が形成されて
いる。このゲートライン42は、半導体基板31上で第
2導電型の第1不純物領域33と第2導電型の第3不純
物領域36との間に形成されている(図6参照)。第
1,第2素子隔離膜37,37aの上にはそれぞれ第3
金属層43が形成されている。最後に、第4金属層44
が第2導電型の第1,第2不純物領域33,34と第1
導電型の第1不純物領域32の上側に形成されている。
第1導電型の第1不純物領域32と第2導電型の第2不
純物領域34とにはコンタクトホールを通じて連結され
ている。第4金属層44は第2導電型の第1不純物領域
33とは連結されていない。第3,第4金属層43,4
4にはパッド45が電気的に連結されている。上記した
第1導電型の第1不純物領域32、第2導電型の第1不
純物領域33、及び第2導電型の第2不純物領域34に
よってバイポーラトランジスタが形成されている。ま
た、第2導電型の第3,第5,第7不純物領域36,3
8a,39aの上側に形成された第1金属層40は電源
電圧を印加するVssラインとして用いられる。さらに、
第2導電型の第4不純物領域38と、第2導電型の第5
不純物領域38aと隔離膜37の上に形成された第3金
属層43とによってフィールドトランジスタが形成され
ている。本実施形態においては、第1導電型はP導電型
であり、第2導電型はN導電型である。
In FIG. 5, the hatched portions are all metal layers. The first metal layer 40 is formed of a third metal of the second conductivity type.
It is formed above the fifth and seventh impurity regions 36, 38a, 39a, and is connected to them through contact holes. The second metal layer 41 is made of a fourth conductive type fourth metal layer.
It is arranged above the sixth impurity regions 38 and 39 and is connected to them through contact holes. As shown, the second metal layer 41 is vertically divided in the drawing.
A gate line 42 is formed to connect these. The gate line 42 is formed on the semiconductor substrate 31 between the first impurity region 33 of the second conductivity type and the third impurity region 36 of the second conductivity type (see FIG. 6). On the first and second element isolation films 37 and 37a, the third
A metal layer 43 is formed. Finally, the fourth metal layer 44
Are the first and second impurity regions 33 and 34 of the second conductivity type and the first
It is formed above the first impurity region 32 of the conductivity type.
The first impurity region 32 of the first conductivity type and the second impurity region 34 of the second conductivity type are connected through a contact hole. The fourth metal layer 44 is not connected to the first impurity region 33 of the second conductivity type. Third and fourth metal layers 43 and 4
A pad 45 is electrically connected to 4. A bipolar transistor is formed by the first impurity region 32 of the first conductivity type, the first impurity region 33 of the second conductivity type, and the second impurity region 34 of the second conductivity type. In addition, the third, fifth, and seventh impurity regions 36, 3 of the second conductivity type.
The first metal layer 40 formed on the upper side of 8a and 39a is used as a Vss line for applying a power supply voltage. further,
A fourth impurity region 38 of the second conductivity type and a fifth impurity region 38 of the second conductivity type;
A field transistor is formed by the impurity region 38a and the third metal layer 43 formed on the isolation film 37. In the present embodiment, the first conductivity type is a P conductivity type, and the second conductivity type is an N conductivity type.

【0015】以下に、断面形状を説明する。図6は図5
のI−I’線に沿った断面図であり、図7は図5のII−
II’線に沿った断面図である。まず、図6に示すよう
に、本実施形態の静電破壊防止装置は、第1導電型の半
導体基板31のフィールド酸化膜61によって区画され
た活性領域の所定領域に第2導電型のウェル35が形成
されている。その第2導電型のウェル35内には第1導
電型の第1不純物領域32が形成され、かつその一方の
側に並んで第2導電型の第2不純物領域34が形成され
ている。また、第1導電型の第1不純物領域32の他方
の側に第2導電型の第1不純物領域33が形成されてい
るが、それは領域32、34と異なり、第2導電型のウ
ェル35内には一部が入っているだけである。この領域
33と離れて基板表面部には第2導電型の第3不純物領
域36が形成させてある。半導体基板31上に絶縁層を
介して第2導電型の第1不純物領域33と第3不純物領
域36との間にゲートライン42が配置されている。第
2導電型の第3不純物領域に電気的に連結されてVssラ
イン40が形成されている。これが第5不純物領域38
a、第7不純物領域39aにも接続されているのは前記
の通りである。さらに、第1導電型の第1不純物領域3
2と第2導電型の第2不純物領域34の上側にそれぞれ
のコンタクトホールを通じて連結される第4金属層44
が形成されている。不純物領域32,33,34、36
とゲートライン42とによってバイポーラトランジスタ
が形成され、第2導電型の第3不純物領域36はVssラ
インに連結される。
The cross-sectional shape will be described below. FIG. 6 shows FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II ′. First, as shown in FIG. 6, the electrostatic discharge protection device of the present embodiment includes a second conductive type well 35 in a predetermined region of an active region defined by a field oxide film 61 of a semiconductor substrate 31 of a first conductive type. Are formed. A first impurity region 32 of the first conductivity type is formed in the well 35 of the second conductivity type, and a second impurity region 34 of the second conductivity type is formed along one side thereof. Further, a first impurity region 33 of the second conductivity type is formed on the other side of the first impurity region 32 of the first conductivity type, but is different from the regions 32 and 34 in the well 35 of the second conductivity type. Only contains a part. A third impurity region 36 of the second conductivity type is formed on the surface of the substrate apart from the region 33. A gate line 42 is arranged on the semiconductor substrate 31 between the first impurity region 33 of the second conductivity type and the third impurity region 36 via an insulating layer. A Vss line 40 is formed electrically connected to the third impurity region of the second conductivity type. This is the fifth impurity region 38
a, and is also connected to the seventh impurity region 39a as described above. Furthermore, the first impurity region 3 of the first conductivity type
The fourth metal layer 44 connected to the upper side of the second and second conductivity type second impurity regions 34 through respective contact holes.
Are formed. Impurity regions 32, 33, 34, 36
And a gate line 42, a bipolar transistor is formed, and the third impurity region 36 of the second conductivity type is connected to the Vss line.

【0016】次に、図7は図5のII−II’線に沿ったフ
ィールドトランジスタの断面図である。即ち、第1導電
型の半導体基板31と、基板31内の所定領域に素子隔
離膜37を介して形成された第2導電型の第4,第5不
純物領域38,38aと、素子隔離膜37の上側に形成
され、パッド5と電気的に連結される第3金属層43
と、第2導電型の第5不純物領域38aにコンタクトホ
ールを通じて連結されるVssラインと、前記第2導電型
の第4不純物領域38とゲートライン42を電気的に連
結させる第2金属層41とで構成されている。図5の下
側の第6、第7不純物領域39、39aに対しても同様
にフィールドトランジスタが形成されている。
FIG. 7 is a sectional view of the field transistor taken along the line II-II 'of FIG. That is, the semiconductor substrate 31 of the first conductivity type, the fourth and fifth impurity regions 38 and 38 a of the second conductivity type formed in a predetermined region of the substrate 31 via the element isolation film 37, and the element isolation film 37. And a third metal layer 43 formed on the upper side and electrically connected to the pad 5
A Vss line connected to the fifth impurity region 38a of the second conductivity type through a contact hole; and a second metal layer 41 electrically connecting the fourth impurity region 38 of the second conductivity type to the gate line 42. It is composed of A field transistor is similarly formed in the sixth and seventh impurity regions 39 and 39a on the lower side of FIG.

【0017】以下、このように構成された本実施形態の
静電破壊防止装置の動作を説明する。本実施形態におい
てはバイポーラトランジスタのゲート電極42にがアー
スされずに、フィールドトランジスタのN+ 層38に接
続されているので、パッドを通って静電気が印加される
と、バイポーラトランジスタのゲート電極42のブレー
クダウン電圧が、フィールドトランジスタのキャパシタ
ンス及びバイポーラトランジスタのゲートキャパシタン
スのカップリングの程度に応じて誘導される。したがっ
て、バイポーラトランジスタのゲート電極42を接地端
に連結するより低い電圧でバイポーラトランジスタを動
作させることができる。すなわち、ゲート電極に所定の
電圧が誘導されるので、BVDSS(Breakdown Voltag
e Drain Source Short)を低くするのと同一の効果を得
ることができる。従って、低い電圧でもバイポーラトラ
ンジスタは動作することができる。上記構成から分かる
ように、バイポーラトランジスタのゲート電極42は、
電源端子に連結されずに、フィールドトランジスタに連
結されている。従って、静電気が印加されると、ゲート
に所定の電圧が印加される効果をもたらす。トランジス
タの特性を評価する項目中のスナップバック(snap bac
k) 電圧を測定することで寄生バイポーラトランジスタ
の動作電圧を測定する。一般に、スナップバック電圧が
BVDSS電圧より低いので、これを用いると、静電気
を効果的に除去することができる。本実施形態は、サイ
リスタを同期させてサイリスタの動作電圧を10V以下
に低くすることにより、酸化膜の厚さが100Å以下の
工程にも適用可能にした。
Hereinafter, the operation of the thus configured electrostatic discharge protection device of the present embodiment will be described. In this embodiment, since the gate electrode 42 of the bipolar transistor is not grounded but is connected to the N + layer 38 of the field transistor, when static electricity is applied through the pad, the gate electrode 42 of the bipolar transistor A breakdown voltage is induced depending on the degree of coupling between the field transistor capacitance and the bipolar transistor gate capacitance. Accordingly, the bipolar transistor can be operated at a lower voltage than when the gate electrode 42 of the bipolar transistor is connected to the ground terminal. That is, since a predetermined voltage is induced in the gate electrode, a BVDSS (Breakdown Voltag
e Drain Source Short) can be obtained. Therefore, the bipolar transistor can operate even at a low voltage. As can be seen from the above configuration, the gate electrode 42 of the bipolar transistor
Instead of being connected to the power supply terminal, it is connected to the field transistor. Therefore, when static electricity is applied, an effect is obtained in which a predetermined voltage is applied to the gate. Snapback (snap bac) in the items for evaluating transistor characteristics
k) Measure the operating voltage of the parasitic bipolar transistor by measuring the voltage. Generally, since the snapback voltage is lower than the BVDSS voltage, the use of the snapback voltage effectively removes static electricity. In the present embodiment, the operating voltage of the thyristor is reduced to 10 V or less by synchronizing the thyristor, so that the thyristor can be applied to a process in which the thickness of the oxide film is 100 ° or less.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明の静電破壊防止装置は、サイリス
タのトリガ電圧を低くするのに別途の回路を必要としな
いので、レイアウトの設計が容易であり、回路劣化特性
が改善される。また、サイリスタのトリガ電圧を低くす
るために能動素子を使用してもBVDSS電圧を低くす
るための別の静電気保護素子が必要ではない。さらに、
本発明は、ゲート酸化膜の厚さが100Å未満の工程で
も、静電気保護素子の工程変更無しに使用することが出
来る。
Since the electrostatic discharge protection device of the present invention does not require a separate circuit to lower the trigger voltage of the thyristor, the layout design is easy and the circuit deterioration characteristics are improved. Further, even if an active element is used to lower the trigger voltage of the thyristor, another electrostatic protection element for lowering the BVDSS voltage is not required. further,
The present invention can be used even in a process where the thickness of the gate oxide film is less than 100 ° without changing the process of the electrostatic protection element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の静電破壊防止装置による構造断面図。FIG. 1 is a structural sectional view of a conventional electrostatic breakdown prevention device.

【図2】図1による等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram according to FIG. 1;

【図3】従来の接合の耐圧を用いた静電破壊防止装置の
構造断面図。
FIG. 3 is a structural cross-sectional view of a conventional electrostatic breakdown prevention device using the withstand voltage of a junction.

【図4】従来のホットキャリアを用いた静電破壊防止装
置の回路構成図。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of a conventional electrostatic breakdown prevention device using a hot carrier.

【図5】本発明の静電破壊防止装置のレイアウト図。FIG. 5 is a layout diagram of the electrostatic discharge protection device of the present invention.

【図6】図5のI−I’線に沿った断面図。FIG. 6 is a sectional view taken along the line I-I ′ of FIG. 5;

【図7】図5のII−II’線に沿った断面図。FIG. 7 is a sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 第1導電型の半導体基板 32 第1導電型の不純物領域 33,34 第2導電型の第1及び第2不純物領域 35 第2導電型のウェル 36 第2導電型の第3不純物基板 37,37a 第1,第2素子隔離膜 38,38a 第2導電型の第4,第5不純物領域 39,39a 第2導電型の第6,第7不純物領域 40 第1金属層 41 第2金属層 42 ゲートライン 43 第3金属層 44 第4金属層 45 パッド 31 first conductivity type semiconductor substrate 32 first conductivity type impurity region 33, 34 second conductivity type first and second impurity regions 35 second conductivity type well 36 second conductivity type third impurity substrate 37 37a First and second element isolation films 38, 38a Second and fourth conductivity type fourth and fifth impurity regions 39, 39a Second and sixth conductivity type sixth and seventh impurity regions 40 First metal layer 41 Second metal layer 42 Gate line 43 Third metal layer 44 Fourth metal layer 45 Pad

フロントページの続き (72)発明者 ヨン・ジョン・ヒョ 大韓民国・チュンチョンブク−ド・チョ ンズ−シ・フンズク−ク・ガギョン−ド ン・ヒョンショク1 アパートメント 101−907 (56)参考文献 特開 平7−263633(JP,A) 特開 平8−293583(JP,A) 特開 昭62−166556(JP,A) 特開 平5−183107(JP,A) IEEE Electron Dev ice Letters,vol.ED L−12,no.1,pp.21−22 (1991) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 27/06 H01L 21/331 H01L 29/73 Continued on the front page (72) Inventor Yong Jong Hyo, Republic of Korea, Chuncheonbuk-do-Cheons-Shi-Hungsuk-Guk-Gyeong-dong-Hyun-Shok 1 Apartment 101-907 (56) References JP 7-263633 (JP, A) JP-A-8-293358 (JP, A) JP-A-62-166556 (JP, A) JP-A-5-183107 (JP, A) IEEE Electron Device Letters, vol. ED L-12, no. 1, pp. 21-22 (1991) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 27/06 H01L 21/331 H01L 29/73

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 1導電型の半導体基板内に第1導電型
の第1不純物領域と、この第1導電型の第1不純物領域
を間においてその両側に形成された第2導電型の第1不
純物領域及び第2不純物領域とを有するバイポーラトラ
ンジスタと、 それぞれが隔離膜を間においてその両側に形成された
2導電型の第4不純物領域及び第5不純物領域、第6不
純物領域及び第7不純物領域を有し、平面的に前記バイ
ポーラトランジスタの両側にそれぞれ形成さたフィー
ルドトランジスタと、 前記第4不純物領域、第6不純物領域に連結され、前記
第2導電型の第1不純物領域と、この第2導電型の第1
不純物領域から一定の間隔を置いて形成された第2導電
型の第3不純物領域との間の半導体基板上に形成される
ゲートラインと、 前記第5不純物領域、第7不純物領域及び前記第3不純
物領域にコンタクトホールを通じて連結されたVssライ
ンと、 前記第1導電型の第1不純物領域及び前記第2導電型の
第2不純物領域上でコンタクトホールを通じてそれらに
連結され且つパッドに連結される金属層とを有すること
を特徴とする静電破壊防止装置。
1. A first conductivity type to the first conductivity type semiconductor substrate
And a first impurity region of the first conductivity type
Between the first and second conductive types formed on both sides thereof.
A bipolar transistor having a pure region and a second impurity region, and a bipolar transistor formed on each side of the bipolar transistor with an isolation film therebetween .
Fourth impurity region and fifth impurity region of two conductivity type,
Has a net things region and the seventh impurity region, and a field transistors respectively formed on both sides of the plane to the bipolar transistor, the fourth impurity region is connected to the sixth impurity regions, the
A first impurity region of a second conductivity type and a first impurity region of the second conductivity type;
A second conductive layer formed at a fixed distance from the impurity region
A gate line formed on the semiconductor substrate between the third impurity region of the mold, and Vss line connected through the contact hole on the fifth impurity regions, a seventh impurity region and the third impurity region, the second And a metal layer connected to the first impurity region of one conductivity type and the pad through a contact hole on the second impurity region of the second conductivity type. Destruction prevention device.
【請求項2】 前記フィールドトランジスタの隔離膜の
上側には金属層が形成され、その金属層はパッドに連結
されることを特徴とする請求項1記載の静電破壊防止装
置。
2. The electrostatic discharge protection device according to claim 1, wherein a metal layer is formed above the isolation film of the field transistor, and the metal layer is connected to a pad.
【請求項3】 前記ゲートラインと各フィールドトラン
ジスタの前記第4不純物領域、第6不純物領域は金属層
によって連結されることを特徴とする請求項1記載の静
電破壊防止装置。
3. The electrostatic discharge protection device according to claim 1, wherein the gate line and the fourth impurity region and the sixth impurity region of each field transistor are connected by a metal layer.
【請求項4】 前記第1導電型の第1不純物領域及び第
2導電型の第2不純物領域全体の下部並びに前記第2導
電型の第1不純物領域の一部の下部には第2導電型のウ
ェルが形成されていることを特徴とする請求項1記載の
静電破壊防止装置。
4. A first impurity region of the first conductivity type and a first impurity region .
The lower portion of the entire second conductivity type second impurity region and the second conductive region;
2. The electrostatic discharge protection device according to claim 1, wherein a well of a second conductivity type is formed below a part of the first impurity region of the conductivity type.
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